南京師范大學(xué)的CO2電化學(xué)還原制乙烯研究獲進(jìn)展

近日，南京師范大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并合成了3個(gè)同象的Cu3-X簇合物(Cu3-Cl，Cu3-Br，Cu3-NO3)。該化合物由氧心三核銅簇合物({Cu3(μ3-OH)(μ-pz)3(Im)3}2+)(記為{Cu3})和反陰離子組成。該{Cu3}團(tuán)簇活性中心預(yù)設(shè)計(jì)可助力CO2電化學(xué)還原制乙烯，相關(guān)研究成果發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志。

Cu3-X簇合物具有優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性，用作CO2電催化(CO2RR)反應(yīng)多相催化劑時(shí)，都成功實(shí)現(xiàn)了CO2電化學(xué)還原為乙烯。Cu3-X團(tuán)簇催化CO2轉(zhuǎn)化為乙烯的選擇性隨其晶體結(jié)構(gòu)中反陰離子的變化而明顯不同。與可逆氫電極(vs.RHE)相比，在-0.7 V電壓下，Cu3-Br在大電流密度(129.58 mA/cm2)下產(chǎn)生C2H4的法拉第效率(FE)高達(dá)55.01%，且在較寬的電位范圍(-0.7～1.1 V)保持該選擇性。Cu3-Br是電化學(xué)CO2轉(zhuǎn)化為C2H4過程中性能最好且穩(wěn)定的金屬-有機(jī)配合物催化劑之一。而在-0.9 V和-0.8 V時(shí)，Cu3-Cl和Cu3-NO3催化的C2H4的FE分別達(dá)到47.68%和31.90%。

3種簇合物的不同催化性能源于相對陰離子體積不等，并以不同的強(qiáng)度與{Cu3}單元結(jié)合，從而影響CO2分子數(shù)和3種催化劑對C2H4的最佳選擇性。理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)Cu3-X中相鄰的兩個(gè)具有相同配位環(huán)境的催化活性中心有利于吸附在其上的活性中間體CH*O的C—C偶聯(lián)，從而促進(jìn)CO2高選擇性電化學(xué)轉(zhuǎn)化為對稱的C2H4分子。

該研究工作對CO2電化學(xué)還原制乙烯研究提供了分子模型設(shè)計(jì)等借鑒。

[中國石化有機(jī)原料科技情報(bào)中心站供稿]